Entropia

Espontaneidad de reacción:

Entendemos por reacción espontánea todo aquel proceso que en condiciones estándar se desarrolla de modo natural sin intervención alguna por nuestra parte, es decir, sin que lo facilitemos en modo alguno ni suministrándole energía.

Para saber si una reacción es espontánea debemos introducir el concepto de entropía (S, se mide en J/oC ó J/mol oC). La entropía está directamente relacionada con el desorden. Un aumento de entropía implica un aumento del desorden. Para saber si una reacción es espontánea habrá que calcular su variación de entropía:

El segundo principio de la termodinámica nos dice que toda reacción espontánea se acompaña de un aumento de la entropía. Todo cambio estontáneo va acompañado de un desorden global. Dado que podemos considerar al universo como un conjunto de sistemas y de entornos deducimos que:

Cuando el proceso será espontáneo.
Cuando el sistema está en equilibrio.
Cuando el proceso no es espontáneo.

Entropía estándar de elementos, iones y compuestos:

Los valores de entropía se han calculado y están tabulados para unas condiciones de presión de 1 atm y temperatura de 25o C. En estas condiciones hablamos de entropía estándar (So).
La So de los elementos es siempre positiva, a diferencia de la que es siempre negativa.
La en un proceso se puede calcular empleando una expresión análoga a la Ley de Hess:

Para cualquier sustancia la entropía cuando se encuentra en estado sólido es menor que cuando se encuentra en estado líquido, y mucho mayor cuando se encuentra en estado gaseoso, debido al desorden de sus partículas.

Según el segundo principio de la termodinámica la entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo y se mantiene constante para un proceso en equilibrio.

Cuando en un sistema ocurre un proceso exotérmico el calor emitido por el sistema es absorbido por el entorno, lo que implica un aumento en el movimiento de las moléculas del entorno, lo que implica un aumento del desorden y consecuentemente un aumento de la entropía del entorno. En el caso de que el proceso que se da en el sistema sea endotérmico el sistema absorbe calor del entorno, lo que implica una disminución en el movimiento de las moléculas del entorno, lo que implica una disminución del desorden y consecuentemente una disminución de la entropía del entorno. Deducimos entonces:

Se ha comprobado que la temperatura influye en los procesos. Si la temperatura del entorno es muy alta los movimientos moleculares de las moléculas del entorno son muy energéticos, y un proceso exotérmico en el sistema no afectará mucho al desorden del entorno. Pero si la temperatura del entorno es baja la adición de calor producido en un proceso exotérmico en el sistema producirá un aumento importante de los movimientos moleculares, y consecuentemente un aumento de la entropía del entorno.

Para un proceso que transcurre a temperatura constante si:

Y así, según los valores de deducimos que:

Si el proceso es espontáneo.
Si es sistema se encuentra en equilibrio.
Si el proceso no será espontáneo.

Si las reacciones se realizan en condiciones estándar se denomina cambio estándar de energía libre ().
Como condiciones estándar entendemos las siguientes:
Para disoluciones la concentración estándar será 1 M.
En el caso de los gases, la presión estándar será 1 atm.
En el caso de líquidos y sólidos, se cumplirán las condiciones estándar cuando estos líquidos y sólidos se encuentren en estado puro.
Un elemento se dirá que está en condiciones estándar cuando se presenta en su forma halotrópica más estable, a presión de 1 atm y temperatura de 25o C. En esta situación la DGfo= 0.
Para calcular DGo en las condiciones estándar empleamos la siguiente expresión:

Predicción de la espontaneidad de reacción: